DD238402A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung hoeher orientierter schnellersponnener faeden aus synthetischen polymeren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung hoeher orientierter schnellersponnener Faeden aus synthetischen Polymeren, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat oder Polycaproamid, die im Verlaufe des Fadenbildungsprozesses zwischen der Spinnduese einer Schmelzspinneinrichtung und einem Abzugsorgan in spezieller Weise waermebehandelt werden. Die Erfindung findet insbesondere bei der Herstellung von Faeden in Form polyfiler Feinseiden Anwendung, um die Orientierung der Faeden im Vergleich zu normal schnellersponnenen Faeden so zu erhoehen, dass die Faeden ohne zusaetzliches Recken ausreichende textile Eigenschaften fuer ihre Weiterverarbeitung erhalten.

Description

_ν0,75,_Τΐ 0,80 '

beträgt

7. Verfahren nach Punkt 1 bis 3,5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß für Fäden aus Polycaproamid die gefundene Beziehung

_v0,75._Tt 0,80

beträgt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spinndüse un< dem Verfestigungspunkt der Fäden ein wärmeisoliertes Rohr angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Punkt 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr mindestens 1 000 mm lang ist.

10. Vorrichtung nach Punkt 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohram Ein-und Austritt der Fäden variable, luftmengendurchsatzsteuernde Öffnungen aufweist.

11. Vorrichtung nach Punkt 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des Rohres beheizbar ist.

12. Vorrichtung nach Punkt 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr Mittel zurturbulenzarmen Einbringung von in Menge und Temperatur variabler gasförmiger Medien aufweist.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung höher orientierter schnellersponnener Fäden aus synthetischen Polymeren, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat oder Polycaproamid, die im Verlaufe des Fadenbildungsprozesses zwischen der Spinndüse einer Schmelzspinneinrichtung und einem Abzugsorgan in spezieller Weise wärmebehandelt werden.

Die Erfindung findet insbesondere bei der Herstellung von Fäden in Form polyfiler Feinseiden Anwendung, um die Orientierung der Fäden im Vergleich zu normal schnellersponnenen Fäden so zu erhöhen, daß die Fäden ohne zusätzliches Recken ausreichende textile Eigenschaften für ihre Weiterverarbeitung erhalten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß die Art der Anordnung der Makromolekülketten eines aus synthetischen Polymeren durch Erspinnen aus der Schmelze hergestellten Fadens seine textlien Eigenschaften und damit seine Verwendungsmöglichkeiten für die Herstellung de verschiedensten Textilien bestimmt. Im allgemeinen ist es erforderlich, daß solche Fäden neben hoher Festigkeit eine bestimmt niedrige Dehnbarkeit aufweisen.

Zu Beginn des Fadenbildungsvorganges aus der Schmelze liegt im Falle der Herstellung polyfiler Feinseiden aus beispielsweise Polyethylenterephthalat oder Polycaproamid zunächst ein völlig ungeordneter Zustand der Makromolekülketten vor. Werden die Fäden mit einer Geschwindigkeit bis etwa 1 000 m/min von der Spinndüse abgezogen, besteht dieser weitgehend ungeordnete Zustand bis zum Zeitpunkt des Einfrierens der Molekülbeweglichkeit am Verfestigungspunkt weiter und bleibt fixiert. Solche Fäden sind wenig fest, aber sehr hoch — um mehrere Hundert Prozent — dehnbar. Um diese Fäden für den normalen textlien Einsatz geeignet zu machen, müssen sie in einem zusätzlichen als Recken bezeichneten Prozeß so gedehnt

werden, daß sich die Molekülketten möglichst irreversibel strecken und in Längsrichtung des Fadens ausrichten.

Es ist ferner bekannt, daß dieser Orientierungsvorgang, das Strecken und Ausrichten der Molekülketten, durch schnelles Abziehen der Fäden von der Spinndüse zumindest teilweise in den Spinnprozeß integriert werden kann. Beispielsweise werden in solchen unter der Bezeichnung Schnell-Spinn-Winde-Verfahren (SSW) bekannt gewordenen Spinnprozessen die Fäden mit einer Geschwindigkeit von 3000m/min und höher abgezogen. Als Ursachen der bereits im Spinnprozeß sich ausbildenden Orientierung kommen innere und äußere am Faden angreifende Kräfte und entsprechende Spannungen in Betracht. Die am Verfestigungspunkt erreichte Spannung bestimmt im wesentlichen die Orientierung des fertigen Fadens. Diese Spannung wächst, bedingt durch Trägheits- und Luftreibungskräfte, überproportional mit der Abzugsgeschwindigkeit an.

Mit den bis heute verfügbaren maschinellen Einrichtungen zum Abziehen und Aufwinden der Fäden gelingt es jedoch nicht, eine im Vergleich zum getrennten Recken vollständige oder auch nur nahezu vollständige Orientierung zu erzielen. Die Fäden müssen deshalb in der Regel noch nachgereckt werden.

Wenn die Fäden zur Texturfäden, speziell zu den am meisten gebräuchlichen Falschdraht-Texturfäden weiterverarbeitet werden, ist das praktisch ohne Mehraufwand möglich und stört deshalb nicht. Besteht jedoch die Notwendigkeit, einen glatten Faden einzusetzen, der zur Erzielung bestimmter textiler Eigenschaften hoch orientiert sein muß, so kann der sonst in vielen anderen Beziehungen technisch fortschrittliche SSW-Prozeß nicht befriedigen.

Es wurde deshalb bereits versucht, die Orientierung der Fäden im SSW-Prozeß so zu erhöhen, daß ihre direkte Weiterverarbeitung als glatte Seide ohne ein zusätzliches Recken möglich ist.

Diese Lösungen gehen in der Regel davon aus, den aus einer Spinndüse extrudierten Faden in bekannter Weise durch Anblasen beschleunigt abzukühlen, ihn aber nach Unterschreiten der Temperatur, bei der es sich verfestigt, wieder aufzuheizen. Mit dem Wiederaufheizen wird der Zweck verfolgt, den Verband der vororientierten Molekülketten zu lockern. Damit soll es den am Faden angreifenden Kräften erleichtert werden, die mit wachsendem Abstand eines Fadenabschnittes von der Spinndüse zunehmen, den Faden nachzurecken ohne Verwendung von Galetten oder den sonst für einen Reckprozeß üblichen Mitteln. So sollen vergleichsweise zu einem mit gleicher Geschwindigkeit schnellersponnenen Faden eine höhere Orientierung und damit bessere, für die direkte Weiterverarbeitung als Glattseide geeignete Fadeneigenschaften erhalten werden.

Beispiele für Lösungen dieser Art sind in den Patentschriften DE-OS 2117659, DE-OS 2425477 und US-PS 4255377 enthalten.

Nach diesen Beschreibungen ist es erforderlich, rohrförmige Heizkörper bei 3,7 m Länge und Temperaturen von >200°C einzusetzen, um die abgekühlten Fäden wieder aufzuheizen.

Diese Lösungen sind mindestens aus zwei Gründen nachteilig. Erstens ist es als Voraussetzung zur Erzielung einer höheren Orientierung erforderlich, den bereits verfestigten Faden unter Bedingungen nachzurecken, die nur ungenügende kontrollierbar sind. Der Dehnungsbetrag, um den die Fäden gereckt werden, ist nicht zwangsläufig wie bei üblichen Reckprozessen durch das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit rotierender Galetten fixiert, sondern stellt sich unter dem Einfluß zahlreicher und oft schwankender Prozeßparameter selbst ein. Es liegt nahe, daß darunter die Gleichmäßigkeit der Fäden leidet.

Zweitens bedingt das Wiederaufheizen der unter ihre Verfestigungstemperatur abgekühlten Fäden einen hohen Energieaufwand, weil infolge der hohen Fadengeschwindigkeiten nur sehr kurze Zeiten für das Wiederaufheizen zur Verfügung stehen und es mit Luft als Heizmedium nur mit hohen Temperaturen gelingt, die erforderlichen Energiemengen auf den Faden zu übertragen.

Eine Verkürzung der Übertragungszeit kann durch Verwendung anderer Heizmedien erreicht werden. Beispielsweise ist zum gleichen Verfahrensprinzip bereits bekannt, Wasserdampf zu verwenden (EP-PS 34880). Hierdurch können zwar die Übertragungszeiten und -temperaturen verkürzt werden, jedoch tritt als neuer Nachteil das praktisch nicht zufriedenstellend lösbare Problem des Abdichtens dampfgefüllter Gefäße an den Fadenein- und -austrittsöfffnungen auf.

Mit einem weiteren Verfahren (DE-OS 2 925 006) wurde versucht, das Problerfrder Wiederauf heizung in radikaler Weise zu lösen, indem sehr kurze, aber sehr heiße, vorzugsweise auf 500 bis 600°C erhitzte plattenförmige Kontaktheizkörper, benutzt werden.

Diese Lösung ist jedoch in mehrerlei Hinsicht nachteilig. Die hohen Temperaturen in Verbindung mit den kurzen Zeiten bewirken, daß nicht alle Elementarfäden eines Fadenbündels gleich hoch erwärmt sind. Daraus resultieren ungleiche Nachreckbedingungen und leicht auch Störungen durch Fadenbrüche. Ein anderer Nachteil ist die Gefährdung des Bedienungspersonals beim Manipulieren in der Nähe solcher Aggregate.

Die aufgezeigten Probleme bei dem Vorhaben, einen Faden in einem SSW-Prozeß höher zu orientieren, werden auch von den folgenden Lösungen nicht beseitigt. So wurde zur Anwendung in superschnellen SSW-Prozessen bis 7 500 m/min Abzugsgeschwindigkeit beschrieben (DE-OS 2836513, DE-OS 2836514), den Faden zwei Heizzonen passieren zu lassen, und zwar eine kurze, sich unmittelbar an die Spinndüse anschließende Zone mit Temperaturen größer als der Fadenschmelzpunkt, und in eine in größerem Abstand folgende, der Wiederaufheizung des verfestigten Fadens dienende, zweite Zone.

Zur Funktion der ersten Heizzone wird in der DD-WP 104567 für eine im Prinzip gleiche Einrichtung mitgeteilt, daß mit deren Hilfe die Orientierung der Fäden vermindert wird, um sie beispielsweise besser recken zu können. Diese erste Heizzone trägt also in der vorgeschlagenen Art nicht dazu bei, die Orientierung zu erhöhen.

Ziel der Erfindung

Ziele der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung schnellersponnener Fäden aus synthetischen Polymeren, beispielsweise aus Polyethylenterephthalat oder Polycaproamid, die im Vergleich zu normal schnellersponnenen Fäden eine höhere Orientierung und daher für die direkte Weiterverarbeitung als Glattseide geeignete textile Eigenschaften aufweisen.

Diese Fäden sollen unter Vermeidung der Nachteile bekannter technischer Lösungen und ökonomisch vorteilhaft produziert werden können, insbesondere soll der zur Erzielung einer höheren Orientierung erforderliche Energieaufwand bedeutend gesenkt werden.

-3- 238 4U; Darlegung des Wesens der Erfindung

Technische Aufgabe

DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nach dem Schnellspinnen als Glattseide weiterverarbeitbare Fäden unterUmgehung eines Nachreckprozesses zu erhalten.

Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Fäden eines Feinseidenbündels an oder nahe der Spinndüse beginnend und bis zu oder nahe ihrem Verfestigungspunkt reichend, Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind, die über der Verfestigungstemperatur der Fäden liegen. Dazu werden die Fäden durch eine wärmeisolierende Hülle geführt. Durch die Verringerung des Wärmeaustausches zwischen den sehr heißen, etwa 50 bis 60 K über ihren Schmelzpunkt erhitzten Fäden beim Austritt aus der Spinndüse und der Umgebung infolge der höheren Umgebungstemperaturen, verzögert sich die Abkühlung. Auf diesem Wege gelingt es, unter Vermeidung der Nachteile des Wiederaufheizens und Nachreckens einen zufriedenstellend höher orientierten Faden zu erhalten, als er durch normales Schnellspinnen hergestellt werden kann. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, daß die erforderliche Energie zur Aufrechterhaltung der höheren Umgebungstemperaturen im wesentlichen von den Fäden selbst aufgebracht wird. Im Abkühlungsprozeß von der schmelzflüssigen Phase des Fadens bis zu seiner Verfestigung wird Wärme freigesetzt. Diese Wärme wird genutzt, die den Faden umgibt, bis über dessen Verfestigungstemperatur zu erwärmen. Durch besondere Mittel ist die Umgebungstemperatur längs der Abkühlungsstrecke der Fäden steuerbar. Mit der Anwendung dieser Mittel wird der Zweck verfolgt, sowohl zeitstabil gleiche Temperaturen in gleichen Abschnitten der Abkühlstrecke als auch bestimmte Temperaturen in bestimmten Abschnitten einstellen zu können, um bestimmte Fadeneigenschaften zu erzeugen. Dabei betragen die Umgebungstemperaturen für Fäden aus Polyethylenterephthalat 70⁰C bis 15O⁰C und für Fäden aus Polycaproamid 5O⁰C bis 150°C, wobei die Umgebungstemperatur an der Eintrittsseite der Fäden in die wärmeisolierende Hülle höhere Werte und an der Austrittsseite niedrigere Werte aufweist. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß für Fäden aus Polyethylenterephthalat die gefundene Beziehung zwischen Rohrlänge, Abzugsgeschwindigkeit und Elementarfadenfeinheit

_v0,75. _Tt£ 0,80 > 1,2

und für Fäden aus Polycaproamid

_v0,75 . _TtE|0,80 > 2,1

beträgt, wobei L die Rohrlänge in m, v, die Abzugsgeschwindigkeit in km/min und Ttgi die Elementarfadenfeinheit in tex bedeuten.

Weiterhin sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vor, bei der zwischen der Spinndüse und dem Verfestigungspunkt der Fäden ein wärmeisoliertes Rohr angeordnet ist, welches vorteilhafterweise mindestens 1 000 mm lang ist. Das Rohr weist am Ein- und Austritt der Fäden variable, luftmengendurchsatzsteuernde Öffnungen auf. Die Innenwand des Rohres ist beheizbar. Weiterhin weist das Rohr Mittel zur turbulenzarmen Einbringung von in Menge und Temperatur variabler gasförmiger Medien auf.

Die technisch-ökonomischen Vorteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß für die Weiterverarbeitung als Glattseide geeignete Fäden unter Nutzung der generellen Vorteile des Schnellspinnens herstellbar sind, ohne einen Reckprozeß integrieren oder nachschalten zu müssen. Daraus resultieren bedeutende energetische und ökonomische Vorteile.

Ausführungsbeipiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Beispiel näher erläutert werden.

Aus einer Spinndüse mit 32 Bohrungen von 0,25mm Bohrungsdurchmesser und 0,5mm Bohrungslänge wird mit einer Schmelzetemperatur T₃ = 292⁰C ein Elementarfadenbündel aus Polyethylenterephthalat extrudiert. Das Abziehen des Fadenbündels erfolgt galettenlos durch eine Schnellspinnwindeeinrichtung (SSW) mit den Geschwindigkeiten v_spinn = 3000, 3500 und 4000m/min.

Die Menge des extrudierten Materials wird in Abhänigkeit von v_spinn auf die Feinheit Tt = 7,6texdes aufgewundenen Fadens abgeglichen. Dem vorgeschlagenen Verfahren entsprechend wird die Umgebungstemperatur der sich abkühlenden und verfestigenden Fäden erhöht, indem das Elementarfandenbündel von einem nahe der Spinndüse beginnenden 3m langen, wärmeisolierten Rohr von 140mm Innendurchmesser umgeben wird. Die Wärmeabgabe des Fadenbündels bewirkt eine Erwärmung der umgebenden Luft.

Je nach Abstand der oberen Rohröffnung gegen den als Abdeckung wirkenden Spinnkopf und je nach einstellbarer Größe der unteren Rohröffnung stellt sich ein bestimmtes Temperaturprofil längs der Abkühlungsstrecke der Fäden ein.

Für das vorliegende Beispiel betrugen die Lufttemperaturen im Rohr, in 200mm Abstand von den Enden gemessen, nach Erreichen des stationären Zustandesander Eintrittsseite der Fäden T₀ = 125°Cund an der Austrittsseite T_u = 65°C. Von den erhaltenen Fäden wurden die für die textile Weiterverarbeitung hauptsächlich wichtigen Eigenschaften feinheitsbezogene Höchstreißkraft R_H, Reißdehnung bei Höchstreißkraft ε_Η und der Kochschrumpf Shw nach bekannten Vorschriften bestimmt und in folgender Tabelle der Eigenschaftswerten normal und unter sonst gleichen Bedingungen schnellersponnener Fäden gegenübergestellt.

Tabelle

Eigenschaftswerte PE-S 7,6 tex f 32

Vspinn m/min	SSW It. Beispiel Rh. mN/tex	75 69 65	Shw	SSW normal Rh mN/tex	Ϊ	Shw
3000 3500 4000	320 330 335	56 10 8	210 250 290	145 112 90	61 61 60

Aus der Tabelle geht hervor, daß die It. Beispiel hergestellten Fäden viel höher als die normal schnellersponnenen Fäden orientiert sind und ohne Anwendung eines Reckprozesses Eigenschaften aufweisen, die an einen direkt weiterverarbeitbaren Faden in der Regel gestellt werden müssen.

Claims (6)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Herstellung höher orientierter schnellersponnener Fäden aus synthetischen Polymeren, die im Verlaufe des Fadenbildungsprozesses zwischen der Spinndüse einer Schmelzspinneinrichtung und einem Abzugsorgan
   wärmebehandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden eines Feinseidenbündels nach Verlassen der Spinndüsi durch eine an oder nahe der Spinndüse beginnende und bis zu oder nahe dem Verfestigungspunkt der Fäden reichende wärmeisolierende Hülle bei über der Verfestigungstemperatur der Fäden liegenden, im wesentlichen aus der Abkühlung dei Fäden herrührenden Umgebungstemperaturen geführt werden.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperaturen der Fäden innerhalb der
   wärmeisolierenden Hülle durch besondere Mittel gesteuert werden.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperatur an der Eintrittsseite der Fäden in di( wärmeisolierende Hülle höhere Werte und an der Austrittseite niedrigere Werte aufweist.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperaturen für Fäden aus
   Polyethylenterephthalat 70 bis 150°C betragen.
5. 5. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperaturen für Fäden aus Polycaproamid 5C bis 150⁰C betragen.
6. 6. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für Fäden aus Polyethylenterephthalat die gefundene Beziehung zwischen Rohrlänge, Abzugsgeschwindigkeit und Elementarfadenfeinheit